Инфракрасное излучение является естественным природным видом излучения. Каждый человек ежедневно подвергается его действию. Огромная часть энергии Солнца поступает на нашу планету именно в виде ИК-лучей. Однако в современном мире существует множество приборов, в которых задействовано инфракрасное излучение. На организм человека оно может воздействовать различным образом. Во многом это зависит от типа и целей использования этих самых приборов.
История открытия
В 1800 году ученый из Англии В. Гершель сделал наблюдение, что в невидимой части солнечного спектра (за пределами красного света) повышается температура термометра. Впоследствии была доказана подчиненность инфракрасного излучения законам оптики и сделан вывод о его родстве с видимым светом.
Благодаря трудам советского физика А. А. Глаголевой-Аркадьевой, в 1923 году получившей радиоволны с λ=80 мкм (ИК-диапазон), было экспериментально доказано существование непрерывного перехода от видимого излучения к ИК-излучению и радиоволновому. Таким образом, был сделан вывод об их общей электромагнитной природе.
Практически все в природе способно испускать длины волн, соответствующих инфракрасному спектру, а значит, является источником инфракрасного излучения. Тело человека не является исключением. Все мы знаем, что все вокруг состоит из атомов и ионов, даже человек. А эти возбужденные частицы способны испускать линейчатые ИК-спектры. Переходить в возбужденное состояние они могут под действием различных факторов, например электрических разрядов или при нагревании. Так, в спектре излучения пламени газовой плиты имеется полоса с λ=2,7 мкм от молекул воды и с λ=4,2 мкм от углекислого газа.
Подкатегории ИК-волн
ИК-часть электромагнитного спектра занимает диапазон от 300 ГГц (1 мм) до 400 ТГц (750 нм). Можно выделить три вида инфракрасных волн:
- Дальний ИК-диапазон: 300 ГГц (1 мм) до 30 ТГц (10 мкм). Нижнюю часть можно именовать микроволнами. Эти лучи поглощаются из-за вращения в газофазных молекулах, молекулярных движениях в жидкостях и фотонов в твердых телах. Вода в земной атмосфере так сильно поглощается, что делает ее непрозрачной. Но есть определенные длины волн (окна), используемые для пропускания.
- Средний ИК-диапазон: 30 до 120 ТГц (от 10 до 2.5 мкм). Источниками выступают горячие объекты. Поглощается колебаниями молекул (разнообразные атомы вибрируют в позициях равновесия). Иногда этот диапазон именуют отпечатком пальца, потому что это специфическое явление.
- Ближайший ИК-диапазон: 120 до 400 TГц (2500-750 нм). Эти физические процессы напоминают те, что происходят в видимом свете. Наиболее высокие частоты можно найти определенной разновидностью фотографической пленки и датчиками для инфракрасной, фото- и видеосъемки.
ИК-волны в быту, науке и промышленности
Используя дома и на работе те или иные приборы, мы редко задаемся вопросом о влиянии инфракрасного излучения на организм человека. Между тем довольно популярными сегодня являются ИК-обогреватели. Принципиальным их отличаем от масляных радиаторов и конвекторов является способность нагревать не сам воздух непосредственно, а все объекты, находящиеся в помещении. То есть сначала нагреваются мебель, полы и стены, а затем они отдают свое тепло в атмосферу. При этом оказывает действие инфракрасное излучение и на организмы — человека и его питомцев.
Также широко применяются ИК-лучи при передаче данных и дистанционном управлении. Во многих мобильных телефонах имеются ИК-порты, предназначенные для обмена файлами между ними. А все пульты от кондиционеров, музыкальных центров, телевизоров, некоторых управляемых детских игрушек также используют электромагнитные лучи в инфракрасном диапазоне.
Инфракрасные волны
Инфракрасный (ИК) свет – электромагнитные лучи, которые по показателю длин волн превосходят видимый свет (0.74-1 мм). Диапазон инфракрасных волн сходится с диапазоном частот 300-400 ТГц и вмещает огромное количество теплового излучения. ИК-свет поглощается и излучается молекулами при изменении во вращении и колебаниях.
Перед вами главные категории электромагнитных волн. Разделительные линии в некоторых местах отличаются, а другие категории могут перекрываться. Микроволны занимают высокочастотный участок радиосекции электромагнитного спектра
Использование ИК-лучей в армии и космонавтике
Наиболее важное значение инфракрасные лучи имеют для авиакосмической и военной отраслей. На базе фотокатодов, имеющих чувствительность к ИК-излучению (до 1,3 мкм), создаются приборы ночного видения (различные бинокли, прицелы и т. д.). Они позволяют при одновременном облучении объектов инфракрасным излучением произвести прицеливание или осуществлять наблюдение в абсолютной темноте.
Благодаря созданным высокочувствительным приемникам инфракрасных лучей стало возможным производство самонаводящихся ракет. Датчики в их головной части реагируют на ИК-излучение цели, температура которой, как правило, выше окружающей среды, и направляют ракету в цель. На том же принципе основано обнаружение с помощью теплопеленгаторов нагретых частей кораблей, самолетов, танков.
ИК-локаторы и дальномеры могут обнаруживать в полной темноте различные объекты и соизмерять расстояние до них. Особые приборы — оптические квантовые генераторы, которые излучают в инфракрасной области, применяются для космической и дальней наземной связи.
Области ИК-диапазона
ИК-диапазон часто разделяется на более узкие участки спектра. Немецкий институт стандартов DIN определил такие области длин волн инфракрасных лучей:
- ближний (0,75-1,4 мкм), обычно используемый в волоконно-оптической связи;
- коротковолновой (1,4-3 мкм), начиная с которого значительно возрастает поглощение ИК-излучения водой;
- средневолновой, также называемый промежуточным (3-8 мкм);
- длинноволновый (8-15 мкм);
- дальний (15-1000 мкм).
Однако эта схема классификации не используется повсеместно. Например, в некоторых исследованиях указываются следующие диапазоны: ближний (0,75-5 мкм), средний (5-30 мкм) и длинный (30-1000 мкм). Длины волн, используемые в телекоммуникации, подразделяются на отдельные полосы из-за ограничений детекторов, усилителей и источников.
Общая система обозначений оправдана реакциями человека на инфракрасные лучи. Ближняя ИК-область наиболее близка к длине волны, видимой человеческим глазом. Среднее и дальнее ИК-излучение постепенно удаляются от видимой части спектра. Другие определения следуют различным физическим механизмам (таким как пики эмиссии и поглощение воды), а самые новые основаны на чувствительности используемых детекторов. Например, обычные кремниевые сенсоры чувствительны в области около 1050 нм, а арсенид индий-галлия – в диапазоне от 950 нм до 1700 и 2200 нм.
Четкая граница между инфракрасным и видимым светом не определена. Глаз человека значительно менее чувствителен к красному свету, превышающему длину волны 700 нм, однако интенсивное свечение (лазера) можно видеть примерно до 780 нм. Начало ИК-диапазона определяется в разных стандартах по-разному – где-то между этими значениями. Обычно это 750 нм. Поэтому видимые инфракрасные лучи возможны в диапазоне 750–780 нм.
Инфракрасное излучение в научной деятельности
Одним из самых распространенных является изучение спектров испускания и поглощения в ИК-области. Применяется оно при изучении особенностей электронных оболочек атомов, для определения структур всевозможных молекул, а кроме того, и в качественном и количественном анализе смесей различных веществ.
Из-за различий коэффициентов рассеяния, пропускания и отражения тел в видимых и ИК-лучах фотографии, сделанные в различных условиях, несколько отличаются. На снимках, выполненных в инфракрасном диапазоне, зачастую видно больше деталей. Такие снимки широко распространены в астрономии.
Изучение влияния ИК-лучей на организм
Первые научные данные о влиянии инфракрасного излучения на организм человека датированы 1960 годами. Автором исследований является японский врач Тадаши Ишикава. В ходе своих экспериментов ему удалось установить, что ИК-лучи имеют свойство проникать глубоко внутрь тела человека. При этом происходят процессы терморегуляции, сходные с реакцией на нахождение в сауне. Однако потоотделение начинается при более низкой температуре окружающего воздуха (она составляет порядка 50 °С), а прогревание внутренних органов происходит гораздо глубже.
В ходе такого прогревания происходит усиление кровообращения, расширяются сосуды органов дыхания, подкожной клетчатки и кожи. Вместе с тем длительное воздействие инфракрасного излучения на человека способно вызвать тепловой удар, а сильное ИК-излучение приводит к появлению ожогов различной степени.
Защита от ИК-излучения
Существует небольшой перечень мероприятий, направленных на уменьшение опасности воздействия инфракрасного излучения на организм человека:
- Понижение интенсивности излучения. Достигается оно посредством выбора соответствующего технологического оборудования, своевременной заменой устаревшего, а также его рациональной компоновкой.
- Удаление рабочих от источника излучения. Если позволяет технологическая линия, следует предпочесть дистанционное управление ею.
- Установка защитных экранов на источник или рабочее место. Такие ограждения могут быть устроены двумя способами, позволяющими снизить влияние инфракрасного излучения на организм человека. В первом случае они должны отражать электромагнитные волны, а во втором — задерживать их и преобразовывать энергию излучения в тепловую с последующим ее отведением. В связи с тем, что защитные экраны не должны лишать специалистов возможности вести мониторинг происходящих на производстве процессов, они могут изготавливаться прозрачными или полупрозрачными. Для этого в качестве материалов выбирают силикатные или кварцевые стекла, а также металлические сетки и цепи.
- Теплоизоляция или охлаждение горячих поверхностей. Главной целью тепловой изоляции является снижение риска получения рабочими различных ожогов.
- Средства индивидуальной защиты (разнообразная спецодежда, очки со встроенными светофильтрами, щитки).
- Профилактические мероприятия. Если в ходе вышеперечисленных действий уровень воздействия ИК-излучения на организм остается достаточно высоким, то следует подобрать соответствующий режим труда и отдыха.
Польза для организма человека
Инфракрасное излучение, воздействующее на тело человека, приводит к улучшению циркуляции крови вследствие расширения сосудов, лучшему насыщению органов и тканей кислородом. Кроме того, повышение температуры тела оказывает болеутоляющий эффект за счет воздействия лучей на нервные окончания в кожных покровах.
Было подмечено, что хирургические операции, проведенные под действием ИК-излучения, имеют ряд преимуществ:
- несколько легче переносятся боли после операций;
- быстрее идет регенерация клеток;
- влияние инфракрасного излучения на человека позволяет избежать охлаждения внутренних органов в случае выполнения операции на открытых полостях, что понижает риск развития шока.
У больных с ожогами инфракрасное излучение создает возможность удаления некрозов, а также выполнения аутопластики на более раннем этапе. Кроме того, снижается срок лихорадки, в меньшей степени выражены анемия и гипопротеинемия, снижается частота осложнений.
Доказано, что ИК-излучение способно ослабить действие некоторых ядохимикатов, путем повышения неспецифического иммунитета. Многие из нас знают о лечении ринита и некоторых других проявления простуды синими ИК-лампами.
Вред для человека
Стоит отметить, что вред от инфракрасного излучения для организма человека тоже может быть весьма существенным. Наиболее очевидные и распространенные случаи — ожоги кожи и дерматиты. Происходить они могут либо при слишком длительном воздействии слабых волн инфракрасного спектра, либо в ходе интенсивного облучения. Если говорить о медицинских процедурах, то редко, но все же случаются тепловые удары, астении и обострения болей при неправильном лечении.
Одной из современных проблем являются ожоги глаз. Наиболее опасны для них ИК-лучи с длинами волн в пределах 0,76-1,5 мкм. Под их влиянием происходит нагревание хрусталика и водянистой влаги, что может приводить к различным нарушениям. Одним из самых распространенных последствий является светобоязнь. Об этом стоит помнить детям, играющим с лазерными указками, и сварщикам, пренебрегающим средствами индивидуальной защиты.
Вред и последствия воздействия инфракрасных лучей
Сильное воздействие инфракрасного света наносит вред, а не пользу оболочке глаза, если, точнее, высушивает ее. Это встречается в местах с очень высокой степенью нагрева.
Сильное облучение также вызывает ожог кожи. В этом случае сначала происходит покраснение кожи. К профессиональным заболеваниям людей, часто сталкивающихся на рабочем месте с облучением, относят как раз болезни, симптомами которых является поражения кожи. Могут возникнуть и новообразования. К более легким последствиям вредного воздействия относят дерматит, что тоже является непростым заболеванием.
Рекомендуем к прочтению: Польза и вред микроволновой печи для здоровья, принцип работы
ИК-лучи в медицине
Лечение с помощью инфракрасного излучения бывает местным и общим. В первом случае осуществляется локальное действие на определенный участок тела, а во втором действию лучей подвергается весь организм. Курс лечения зависит от заболевания и может составлять от 5 до 20 сеансов по 15-30 минут. При проведении процедур обязательным условием является использование защитных средств. Для сохранения здоровья глаз используются особые картонные накладки или очки.
После первой же процедуры на поверхности кожи появляются покраснения с нечеткими границами, проходящие примерно через час.
Лечение инфракрасным излучением
Таким образом, польза инфракрасного излучения для человека достигается через следующий механизм:
- Тепло, поступающее от лучей, запускает и ускоряет биохимические реакции.
- В первую очередь, начинается усиление процессов регенерации тканей, сеть сосудов становится шире, ускоряется ток крови.
- Вследствие этого рост здоровых клеток становится все более интенсивным, плюс ко всему в организме начинают самостоятельно вырабатываться биологически активные вещества.
- Все это снижает артериальное давление за счет лучшего кровоснабжения, благодаря чему достигается мышечная релаксация.
- Обеспечивается легкий доступ белых кровяных тел к очагам воспаления. Это приводит к укреплению иммунитета и усилению защитных функций организма в борьбе с различными заболеваниями.
Рекомендуем к прочтению: Польза и вред катания на самокате
Именно благодаря таким особым свойствам и достигается общеукрепляющий эффект для организма при лечении инфракрасными лучами.
При лечении облучению может подвергаться как организм целиком, так и некоторая его пораженная часть. Процедуры могут проводиться до 2 раз в день, а продолжительность сеанса – до получаса. Количество процедур зависит от потребностей пациента. Чтобы не навредить, во время сеансов обязательно необходимо защитить от воздействия излучения глаза и зону вокруг них. Для этого используются различные способы.
Внимание! Покраснение кожи, проявившееся после процедуры на коже, исчезнет в течение часа.
Действие ИК-излучателей
В условиях доступности многих медицинских приборов люди приобретают их для индивидуального пользования. Однако необходимо помнить, что такие устройства должны соответствовать особым требованиям и использоваться с соблюдением правил безопасности. Но главное — важно понимать, что, как и любой медицинский прибор, излучатели инфракрасных волн нельзя использовать при ряде заболеваний.
Влияние инфракрасного излучения на организм человека
| Длина волны, мкм | Полезное действие |
| 9,5 мкм | Иммунокоррегирующее действие при иммунодефицитных состояниях, вызванных голоданием, отравлением четыреххлористым углеродом, применением иммунодепрессантов. Приводит к восстановлению нормальных показателей клеточного звена иммунитета. |
| 16.25 мкм | Антиоксидантное действие. Осуществляется за счет образования свободных радикалов из супероксидов и гидроперекисей, и их рекомбинации. |
| 8,2 и 6,4 мкм | Антибактериальное действие и нормализация микрофлоры кишечника за счет влияния на процесс синтеза гормонов простагландинов, приводящая к иммуномоделирующему эффекту. |
| 22,5 мкм | Приводит к переводу многих нерастворимых соединений, таких как тромбы и атеросклеротические бляшки, в растворимое состояние, позволяющее выводить их из организма. |
Поэтому подбирать курс терапии должен квалифицированный специалист, опытный врач. В зависимости от длины испускаемых инфракрасных волн, приборы могут быть использованы для разных целей.
Инфракрасное облучение
Светолечение
Светолечение
– метод физиотерапии, заключающийся в дозированном воздействии на организм пациента инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения. По физическим свойствам свет представляет собой поток электромагнитных колебаний оптического диапазона.
Инфракрасное облучение
Инфракрасное облучение – это применение с лечебно-профилактической целью инфракрасного излучения. Поглощаясь тканями организма, энергия инфракрасного излучения трансформируется в тепловую, что приводит к локальному повышению температуры облучаемых участков на 1-2 гр. С. Нагревание тканей возбуждает терморецепторы и запускает механизм теплоотдачи. В области воздействия возникает гиперемия.
Одним из установленных эффектов тепловых лучей является рефлекторное расширение кровеносных и лимфатических сосудов внутренних органов в зоне сегментарной регуляции. Лечебные эффекты
: противовоспалительный, вазоактивный, сосудорасширяющий, спазмолитический, лимфодренирующий, местный анальгетический, катаболический (при ожирении происходит распад жиров, белков и углеводов в подкожно-жировой ткани), репаративно – регенеративный (репаративный – восстановление клеток, регенеративный – образование новых клеток) при ожогах и отморожениях.
Показания:
подострые и хронические негнойные воспалительные заболевания внутренних органов
,
ожоги и отморожения, вяло заживающие раны и язвы, заболевания периферической нервной системы с болевым синдромом (миозит, невралгия, радикулит), последствия травм костно-мышечной системы (местное облучение), нарушения сна, ревматизм, заболевания сердечно-сосудистой системы с недостаточностью кровообращения 1 стадии, БА в стадии ремиссии, артрозы, ЛОР –заболевания, заболевания кожи (общее облучение).
Противопоказания:
острые воспалительные заболевания, нарушения мозгового кровообращения (особенно в вертебро-базиллярном бассейне), вегетативные дисфункции.
Аппаратура
: лампа Минина и лампа Соллюкс.
Ультрафиолетовое облучение
– лучи проникают в ткани на глубину до 1мм и поглощаются эпидермисом. Различают:
Длинноволновое ультрафиолетовое облучение
(ДУФ – облучение) – длина волны 320-400 нм. Стимулирует процессы образования меланина в клетках.
лечебные эффекты
: пигментирующий, иммуностимулирующий.
показания
: заболевания суставов, вяло заживающие раны и язвы, переутомление, заболевания кожи (псориаз).
противопоказания
: острые воспалительные гнойные заболевания, нарушения функции печени и почек, гипертиреоз.
аппаратура
: «клео», люминисцентные лампы.
методика:
расстояние от источника до тела составляет не менее 10-15 см. дозировка осуществляется по интенсивности и продолжительности облучения.
Средневолновое ультрафиолетовое облучение (СУФ – облучение)
– длина волны 320-275 нм. Способствует образованию витамина Д 3, стимулирует репаративные процессы, усиливает эпителизацию, обладает пигментирующим действием.
лечебные эффекты
: субэритемные дозы оказывают витаминообразующее, иммуномодулирующее действие, эритемные дозы – анальгетический, десенсибизирующий эффект.
показания:
острые воспалительные заболевания кожи, Д 3 гипоавитаминоз, алиментарно- конституциональное ожирение 1 степени, заболевания периферической нервной системы с болевым синдромом, заболевания суставов и костей.
противопоказания
: гипертиреоз, ХПН, повышенная чувствительность к УФО, Системная красная волчанка (заб-е иммунной системы с повреждением соединительной ткани).
Дозирование:
единицей дозы в этом методе является 1 биологическая доза (биодоза) – наименьшее время облучения кожи, необходимое для возникновения слабой, но ясно очерченной эритемы. Определение биодозы
1. Положение пациента на кушетке — лежа на спине. Пациент надевает светозашитные очки. 2. Биодозиметр с закрытыми окошками укрепляют на коже живота кнаружи от средней линии (справа или слева). Участки тела, не подлежащие УФ-облучению, закрывают простыней. 3. Лампу облучателя располагают над биодозиметром, по отвесной линии отмерив сантиметровой лентой необходимое для последующих лечебных процедур расстояние (30 или 50 см) от источника излучения до поверхности биодозиметра. 4. Включают облучатель и последовательно (открывая заслонку через каждые 30 с) проводят облучение 1-6 окошек биодозиметра. 5. По завершении облучения всех окошек, закрывают их заслонкой и выключают облучатель.
Результаты определения индивидуальной фоточувствительности кожи оценивают через 24 ч (при дневном свете), при этом эритемная полоска минимальной (по степени окраски) интенсивности, но с четкими краями будет соответствовать времени 1 биодозы.
Например, при облучении биодозиметра в течение 3 мин (т. е. по 30 с на каждое окошко) время облучения первого окошка составило 3 мин, второго — 2 мин и т. д., а шестого — 30 с. Через сутки на коже живота проявилось только 5 из 6 полосок с убывающей (сверху-вниз) интенсивностью окраски, причем последняя (5-я) полоска с нечеткими («размытыми») краями. В этом случае за пороговую эритемную реакцию кожи следует принять 4-ю полоску (с четкими краями) и соответствующее ей время биодозы, т. е. 1,5 мин.
Методика:
Используют две основные методики – общую и местную.
Общее УФО
(индивидуальное и групповое) проводят длинными и средними волнами с расстояния 70-100 см. Облучают последовательно переднюю, заднюю и боковые поверхности тела. На глаза одевают защитные очки. Различают основную, ускоренную и замедленную схемы облучения в субэритемных постепенно нарастающих дозах. Замедленную схему применяют у детей, а также у ослабленных лиц в период выздоровления.ускоренной схемой пользуются, когда необходимы интенсивные облучения — при фурункулезе, для физиопрофилактики практически здоровым людям.
местное УФО проводят
с расстояния 10-50 см. местные УФО почти всегда проводят в эритемных дозах.В зависимости от интенсивности облучения различают малые эритемные дозы (1-2 биодозы), средние (3-4 биодозы), большие (5-6 биодоз).
Коротковолновое ультрафиолетовое облучение (КУФ-облучение)
– используют местное облучение пораженных участков кожи, слизистых пораженных органов или АУФОК (аутотрансфузию ультрафиолетом облученной крови).
Лечебные эффекты
: бактерицидный, иммуностимулирующий, метаболический (оптимиз. потребления кислорода, гипогликем. Эффект, нормализация липидного обмена).
показания:
для поверхностной методики: заболевания кожи, носоглотки (слизистых миндалин, носа), внутреннего уха, раны с опасностью присоединения анаэробной инфекции, туберкулез кожи; для АУФОК – гнойные воспалительные заболевания, трофические язвы, хронический бронхит, гастрит, язвенная болезнь, ИБС, ГБ, нейродермит, псориаз, СД. противопоказания: для поверхностной методики – повышенная чувствительность кожи к УФО; для АУФОК – тромбоцитопения, психическиезаболевния, ОНМК, острый инфаркт миокарда.
